基于波前调控的全息视网膜投影显示（RPD）能够在无透镜条件下对图像光束进行会聚且可以实现图像景深、视点位置、数量、间距等参数的自由调控。目前，无透镜波前调控全息RPD多数选用振幅型全息图进行研究，存在衍射效率低、共轭像串扰等问题。基于此，提出了一种无透镜全息RPD的纯相位全息图计算方法，通过两步计算即可得到所需全息图。首先，将目标图像乘以均匀相位后作为输入，在输入面和全息面之间进行基于角谱衍射的Gerchberg-Saxton迭代后在全息面获得相位分布。然后，在迭代后的相位分布上乘以会聚球面波相位并对其编码得到最终全息图。在实验中，通过时分复用技术实现了彩色RPD并利用多球面波相位实现出瞳拓展，验证了该方法的有效性。

视网膜投影显示(RPD)是头戴显示器(HMD)领域的一个研究热点,能够克服传统HMD辐辏聚焦矛盾(VAC)。为了使RPD小型便携化,以微机电系统(MEMS)扫描镜作为空间光调制器(SLM)设计制造了折反式激光RPD系统。首先,介绍了辐辏聚焦矛盾,分析了RPD的基本原理。通过传统的RPD光路结构,实验验证了以MEMS激光扫描投影作为图像源的麦克斯韦观察法原理的可行性,分析并解决了黑斑问题。接着,完成了RPD系统的光学设计,分析评价了系统的性能。最后,制造出小型便携式的原型机,原型机瞳距可调,视场角为30°(H)×22°(V),无畸变,并通过实验对其显示效果进行了验证。

Retinal projection displays (RPDs) are an important development direction for head-mounted displays (HMDs). This paper reviews the literature on optical engineering aspects based on the data on advanced technology in RPD design and development. The review includes the principles and applications of four theories, e. g., the Maxwellian view and its modified modality and the monocular and binocular depth cues of stereoscopic objects in the physiology of the human visual system. To support the Maxwellian view and achieve retinal projection systems with depth cues, results of previous design works were summarized using different methods and their advantages and disadvantages are analyzed. With an extremely long focal depth, a prototype of a full-color stereoscopic see-through RPD system was discussed. Finally, a brief outlook of the future development trends and applications of the RPDs was presented.

传统的透射型头盔显示器虽然可以显示虚拟图像，但当眼睛调节焦距时无法清晰显示虚拟图像,研究一种新型的透射型头盔显示技术，其特点是既可以看到外部景物，也可以同时看到微型显示芯片上所显示的虚拟图像，并且虚拟图像独立于人眼的调节。介绍显示技术的原理,用光学设计软件Zemax完成整体光学系统设计，优化后系统达到衍射极限，滤波投影系统中MTF在60 lp/mm处达到了0.7；用Autocad软件设计了头盔显示器结构。光路成像实验结果表明：设计的系统可以看到外界图像和虚拟图像，当眼睛对外界景物聚焦时，外界景物与虚拟图像都保持清晰，眼睛对外界景物离焦时，外界景物变得模糊而虚拟图像仍然保持清晰。

针对传统透射型头盔显示器在眼睛调节焦距时，二维虚拟信息在视网膜上无法清晰成像问题，提出一种新型的透射型头盔显示器。采用麦克斯韦观察法原理，用微型LCD结合激光直接将图像成像到视网膜上，成像面独立于眼睛的调节，其目的是眼睛在调节过程中，图像总是清晰的。讨论了透射型头盔显示器显示原理，根据系统参数选择合适的初始结构，设计了光学系统，根据系统整体结构对混合现实的需要，加入半透半反结构，通过ZEMAX软件对系统进行优化。最后对系统功能做了验证，结果表明系统轴上视场MTF达到了衍射极限。